package com.zzg.datastructure.graph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;

/**
 * @Author zhengzg
 * @Date 2022-10-08
 * @Version v1.0
 * 图，包括深度优先与广度优先
 */
public class Graph {
    /**
     * 存储顶点的集合
     */
    private ArrayList<String> vertexList;

    /**
     * 存储图对应的邻结矩阵
     */
    private int[][] edges;

    /**
     * 表示边的数目
     */
    private int numOfEdges;

    /**
     * 记录节点是否被访问
     */
    private boolean[] isVisited;

    public Graph(int n) {
        this.edges = new int[n][n];
        this.vertexList = new ArrayList<>();
        this.numOfEdges = 0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 结点个数
        int n = 5;
        String[] vertexs = {"A","B","C","D","E"};
        // 创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        // 循环添加顶点
        for (String vertex : vertexs) {
            graph.insertVertex(vertex);
        }

        // 添加边
        graph.insertEdge(0,1,1);
        graph.insertEdge(0,2,1);
        graph.insertEdge(1,2,1);
        graph.insertEdge(1,3,1);
        graph.insertEdge(1,4,1);

        graph.showGraph();

        System.out.println("深度优先遍历");
        graph.dfs();
        System.out.println();
        System.out.println("广度优先遍历");
        graph.bfs();
    }

    /**
     * 得到第一个邻接结点的下标 w
     *
     * @param index 结点下标
     * @return 存在返回下标，否则返回 -1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for (int i = 0; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[index][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 根据邻接结点的下标获取下一个邻接结点
     *
     * @param v1 当前结点
     * @param v2 邻接结点
     * @return 存在返回邻接结点，否则返回-1
     */
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
        for (int i = v2 + 1; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[v1][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 深度优先算法
     *
     * @param isVisited 访问集合
     * @param i         下标
     */
    private void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        // 首先访问结点然后输出
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        // 将节点设置为已经访问
        isVisited[i] = true;
        // 查找结点i的第一个邻接结点 w
        int w = getFirstNeighbor(i);
        while (w != -1) {
            if (!isVisited[w]) {
                dfs(isVisited, w);
            }
            // 如果是w结点已经被访问过
            w = getNextNeighbor(i, w);
        }
    }

    // 重载
    public void dfs() {
        isVisited = new boolean[vertexList.size()];
        // 遍历所有的结点，进行dfs回溯
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    // 广度优先遍历
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        // 表示队列的头节点的下标
        int u;
        // 邻接结点w
        int w;
        // 队列，记录结点访问的顺序
        LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
        // 访问结点，输出结点信息
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        // 标记为已经访问
        isVisited[i] = true;
        // 将结点加入队列
        queue.addLast(i);

        while (!queue.isEmpty()) {
            // 取出队列的头节点下标
            u = queue.removeFirst();
            // 得到第一个邻接结点的下标w
            w = getFirstNeighbor(u);
            while (w != -1) {
                // 是否访问
                if (!isVisited[w]) {
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "->");
                    // 标记已经访问
                    isVisited[w] = true;
                    // 入队
                    queue.addLast(w);
                }
                // 以u为前驱结点，找w后面的邻接结点
                w = getNextNeighbor(u, w);
            }
        }
    }

    // 遍历所有结点，进行广度优先搜索
    public void bfs() {
        isVisited = new boolean[vertexList.size()];
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                bfs(isVisited, i);
            }
        }
    }


    // 图中常用方法
    // 返回节点个数
    public int getNumOfVertex() {
        return this.vertexList.size();
    }

    // 显示图对应的矩阵
    public void showGraph() {
        for (int[] link : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(link));
        }
    }

    // 得到边的数目
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    // 返回结点i（下标）对应的数据 0 -> "A" 1 -> "B"
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }

    // 返回v1和v2的权值
    public int getWeight(int v1, int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }

    // 插入结点
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    /**
     * 添加边
     *
     * @param v1     第一个点的下标
     * @param v2     第二个点的下标
     * @param weight 权值
     */
    public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
        edges[v1][v2] = weight;
        edges[v2][v1] = weight;
        numOfEdges++;
    }
}
